Packet: Remove NACKs from packet and its use in endpoints

This patch removes the NACK frrom the packet as there is no longer any
module in the system that issues them (the bridge was the only one and
the previous patch removes that).

The handling of NACKs was mostly avoided throughout the code base, by
using e.g. panic or assert false, but in a few locations the NACKs
were actually dealt with (although NACKs never occured in any of the
regressions). Most notably, the DMA port will now never receive a NACK
and the backoff time is thus never changed. As a consequence, the
entire backoff mechanism (similar to a PCI bus) is now removed and the
DMA port entirely relies on the bus performing the arbitration and
issuing a retry when appropriate. This is more in line with e.g. PCIe.

Surprisingly, this patch has no impact on any of the regressions. As
mentioned in the patch that removes the NACK from the bridge, a
follow-up patch should change the request and response buffer size for
at least one regression to also verify that the system behaves as
expected when the bridge fills up.

Bridge: Remove NACKs in the bridge and unify with packet queue

This patch removes the NACKing in the bridge, as the split
request/response busses now ensure that protocol deadlocks do not
occur, i.e. the message-dependency chain is broken by always allowing
responses to make progress without being stalled by requests. The
NACKs had limited support in the system with most components ignoring
their use (with a suitable call to panic), and as the NACKs are no
longer needed to avoid protocol deadlocks, the cleanest way is to
simply remove them.

The bridge is the starting point as this is the only place where the
NACKs are created. A follow-up patch will remove the code that deals
with NACKs in the endpoints, e.g. the X86 table walker and DMA
port. Ultimately the type of packet can be complete removed (until
someone sees a need for modelling more complex protocols, which can
now be done in parts of the system since the port and interface is
split).

As a consequence of the NACK removal, the bridge now has to send a
retry to a master if the request or response queue was full on the
first attempt. This change also makes the bridge ports very similar to
QueuedPorts, and a later patch will change the bridge to use these. A
first step in this direction is taken by aligning the name of the
member functions, as done by this patch.

A bit of tidying up has also been done as part of the simplifications.

Surprisingly, this patch has no impact on any of the
regressions. Hence, there was never any NACKs issued. In a follow-up
patch I would suggest changing the size of the bridge buffers set in
FSConfig.py to also test the situation where the bridge fills up.

Port: Extend the QueuedPort interface and use where appropriate

This patch extends the queued port interfaces with methods for
scheduling the transmission of a timing request/response. The methods
are named similar to the corresponding sendTiming(Snoop)Req/Resp,
replacing the "send" with "sched". As the queues are currently
unbounded, the methods always succeed and hence do not return a value.

This functionality was previously provided in the subclasses by
calling PacketQueue::schedSendTiming with the appropriate
parameters. With this change, there is no need to introduce these
extra methods in the subclasses, and the use of the queued interface
is more uniform and explicit.

Device: Remove overloaded pio_latency parameter

This patch removes the overloading of the parameter, which seems both
redundant, and possibly incorrect.

The PciConfigAll now also uses a Param.Latency rather than a
Param.Tick. For backwards compatibility it still sets the pio_latency
to 1 tick. All the comments have also been updated to not state that
it is in simticks when it is not necessarily the case.

CPU: Remove overloaded function_trace_start parameter

This patch removes the overloading of the parameter, which seems both
redundant, and possibly incorrect.

The inorder CPU is particularly interesting as it uses a different
name for the parameter, and never make any use of it internally.

PacketQueue: Allow queuing in the same tick as desired send tick

This patch allows packets to be enqueued in the same tick as they are
intended to be sent. This does not imply they actually are sent that
tick, although that is possible.

This change is useful for module that use the queued ports primarly to
avoid handling the flow control involved in sending and retrying
packets.

EventManager: Remove test for NULL pointer in constructor

This patch tidies up the EventManager constructor and prunes a corner
case where the EventManager would initialise its eventq pointer to
NULL. This would cause segmentation faults on actual use and should
never happen.

Clock: Make Tick unsigned and remove UTick

This patch makes the Tick unsigned and removes the UTick typedef. The
ticks should never be negative, and there was only one major issue
with removing it, caused by the o3 CPU using a -1 as an initial value.

The patch has no impact on any regressions.

Clock: Move the clock and related functions to ClockedObject

This patch moves the clock of the CPU, bus, and numerous devices to
the new class ClockedObject, that sits in between the SimObject and
MemObject in the class hierarchy. Although there are currently a fair
amount of MemObjects that do not make use of the clock, they
potentially should do so, e.g. the caches should at some point have
the same clock as the CPU, potentially with a 1:n ratio. This patch
does not introduce any new clock objects or object hierarchies
(clusters, clock domains etc), but is still a step in the direction of
having a more structured approach clock domains.

The most contentious part of this patch is the serialisation of clocks
that some of the modules (but not all) did previously. This
serialisation should not be needed as the clock is set through the
parameters even when restoring from the checkpoint. In other words,
the state is "stored" in the Python code that creates the modules.

The nextCycle methods are also simplified and the clock phase
parameter of the CPU is removed (this could be part of a clock object
once they are introduced).

Checkpoint: Fix broken checkpointing functionality

This patch fixes the checkpointing by ensuring that the directory is
passer to the scriptCheckpoints function, and that the num_checkpoints
is not used before it is initialised.

Ruby Banked Array: add copyrights

Ruby: Add RubySystem parameter to MemoryControl
This guarantees that RubySystem object is created before the MemoryController
object is created.

Alpha System: override startup(), instead of loadState()
Alpha System was overriding loadState() function to setup some functional
event. The system tried to read/write to memory before the Ruby memory had
unserialized the state. With this patch, Alpha System overrides the
startup() function, and sets up functional events in this function. This
works because startup() is called after Ruby memory system has unserialized
the memory state.

O3,ARM: fix some problems with drain/switchout functionality and add Drain DPRINTFs

This patch fixes some problems with the drain/switchout functionality
for the O3 cpu and for the ARM ISA and adds some useful debug print
statements.

This is an incremental fix as there are still a few bugs/mem leaks with the
switchout code. Particularly when switching from an O3CPU to a
TimingSimpleCPU. However, when switching from O3 to O3 cores with the ARM ISA
I haven't encountered any more assertion failures; now the kernel will
typically panic inside of simulation.

configs: add option for repeatedly switching back-and-forth between cpu types.

This patch adds a --repeat-switch option that will enable repeat core
switching at a user defined period (set with --switch-freq option).
currently, a switch can only occur between like CPU types. inorder CPU
switching is not supported.

*note*
this patch simply allows a config that will perform repeat switching, it
does not fix drain/switchout functionality. if you run with repeat switching
you will hit assertion failures and/or your workload with hang or die.

stats: Update stats for syscall emulation Linux kernel changes.

sysemul: bump all linux versions of for syscal emulation to 3.0.

New tool chains seem to be looking for kernel versions newer than what
this this was previously set to. Also take this opportunity to change
the hostname we report in uname to sim.gem5.org.

Ruby: Clean up topology changes
This patch moves instantiateTopology into Ruby.py and removes the
mem/ruby/network/topologies directory. It also adds some extra inheritance to
the topologies to clean up some issues in the existing topologies.

System: set kernel to null, if unspecified.

syscall emulation: Enabled getrlimit and getrusage for x86.
Added/moved rlimit constants to base linux header file.

This patch is a revised version of Vince Weaver's earlier patch.

SETranslatingPortProxy: fix bug in tryReadString()

Off-by-one loop termination meant that we were stuffing
the terminating '\0' into the std::string value, which
makes for difficult-to-debug string comparison failures.

process: add progName() virtual function

This replaces a (potentially uninitialized) string
field with a virtual function so that we can have
a safe interface without requiring changes to the
eio code.

syscall_emul: clean up open() code a bit.

str: add an overloaded startswith() utility method
for various string types and use it in a few places.

syscall emulation: Clean up ioctl handling, and implement for x86.

Enable different whitelists for different OS/arch combinations,
since some use the generic Linux definitions only, and others
use definitions inherited from earlier Unix flavors on those
architectures.

Also update x86 function pointers so ioctl is no longer
unimplemented on that platform.

This patch is a revised version of Vince Weaver's earlier patch.

Simulation.py: move code related to checkpointing to functions
This patch moves the code related to checkpointing from the run() function to
several different functions. The aim is to make the code more manageable. No
functionality changes are expected, but since the code is kind of unruly, it
is possible that some change might have creeped in.

Config: change how cpu class is set
This changes the way in which the cpu class while restoring from a checkpoint
is set. Earlier it was assumed if cpu type with which to restore is not same
as the cpu type with the which to run the simulation, then the checkpoint
should be restored with the atomic cpu. This assumption is being dropped. The
checkpoint can now be restored with any cpu type, the default being atomic cpu.

Ruby NetDest: add assert for bad element in netdest

stats: revert pc-simple-timing-ruby-MESI_CMP_directory to before last update

stats: fix some miss-committed changes from the icache change

util: Fix issues with style checker.

stats: update stats for icache change not allowing dirty data

dma: remove unused variable

this patch removes the actionInProgress field from the DmaPort class.
this variable is only defined and initiated in the ctor. it is never used.

checker: make checker cpu id match its host's cpu id

when using the checker i ran into problems where an instruction reading the
cpu id register failed because the ids did not match, and hence, the result
of the instruction did not match. this patch ensures that the ids match so
this instruction does not fail. this problem only seemed to manifest itself
when multiple cores were in the system, either multi-core, or extra switched-
out cores present in the system.

cache: don't allow dirty data in the i-cache

removes the optimization that forwards an exclusive copy to a requester on a
read, only for the i-cache. this optimization isn't necessary because we
typically won't be writing to the i-cache.

ARM: fix value of MISCREG_CTR returned by readMiscReg()

According to the A15 TRM the value of this register is as follows (assuming 16 word = 64 byte lines)
[31:29] Format - b100 specifies v7
[28] RAZ - b0
[27:24] CWG log2(max writeback size #words) - 0x4 16 words
[23:20] ERG log2(max reservation size #words) - 0x4 16 words
[19:16] DminLine log2(smallest dcache line #words) - 0x4 16 words
[15:14] L1Ip L1 index/tagging policy - b11 specifies PIPT
[13:4] RAZ - b0000000000
[3:0] IminLine log2(smallest icache line #words) - 0x4 16 words

Config: Use clock option in se/fs script and pass to switch_cpus

This patch changes the se and fs script to use the clock option and
not simply set the CPUs clock to 2 GHz. It also makes a minor change
to the assignment of the switch_cpus clock to allow different clocks.

Bridge: Use EventWrapper instead of Event subclass for sendEvent

This class simply cleans up the code by making use of the EventWrapper
convenience class to schedule the sendEvent in the bridge ports.

test: Update eio ref outputs due to recent changes

Actual stats updates covering period since original ref outputs
were clobbered.

test: Restore eio ref files clobbered in rev 8800b05e1cb3.

Apparently Nate did a wholesale update of stats files using
a binary compiled without eio, resulting in broken refernce
outputs.

Regression: Update stats due to changes to x86 cpuid instruction

X86 CPUID: Return false if unknown processor family

Regression: Fix topologies path in failing pc-simple-timing-ruby

This patch updates the path to the Ruby topologies and thus fixes a
failing regression.

Added tag stable_2012_06_28 for changeset f75ee4849c40

Added tag stable_2012_02_02 for changeset 549b72de8f72

Mem: Make SimpleMemory single ported

This patch changes the simple memory to have a single slave port
rather than a vector port. The simple memory makes no attempts at
modelling the contention between multiple ports, and any such
multiplexing and demultiplexing could be done in a bus (or crossbar)
outside the memory controller. This scenario also matches with the
ongoing work on a SimpleDRAM model, which will be a single-ported
single-channel controller that can be used in conjunction with a bus
(or crossbar) to create a multi-port multi-channel controller.

There are only very few regressions that make use of the vector port,
and these are all for functional accesses only. To facilitate these
cases, memtest and memtest-ruby have been updated to also have a
"functional" bus to perform the (de)multiplexing of the functional
memory accesses.

scons: Add LIBRARY_PATH from the user environment to Scons

This patch adds the LIBRARY_PATH from the users OS environment to
Scons build environment. This path is used when linking to search for
libraries, and this patch enables tcmalloc to be used during the build
even if it is not placed in the default search paths.

Regression: update ruby.stats file

Ruby: remove config information from ruby.stats
This patch removes printConfig() functions from all structures in Ruby.
Most of the information is already part of config.ini, and where ever it
is not, it would become in due course.

Ruby: remove some unused stuff from SLICC files

x86: added page size in bytes tlb entry function

ruby: improved DRAM reset comment

regress: ruby stat additions and config changes

syscall emulation: Add the futex system call.

x86: logSize and lruSeq are now optional ckpt params

Add hook to call map() on Process from python.
This enables configuration scripts to set up mappings
from process virtual addresses to specific physical
addresses in SE mode.  This feature is needed to
support modeling of user-accessible memories or
devices in SE mode, avoiding the complexities of FS
mode and the need to write a device driver.

# User Brad Beckmann <Brad.Beckmann@amd.com>
ruby: fixed fatal print statement

ruby: remove the cpu assumptions for the random tester

# User Brad Beckmann <Brad.Beckmann@amd.com>
ruby: fixed msgptr print call

imported patch jason/slicc-external-structure-fix

ruby: banked cache array resource model

This patch models a cache as separate tag and data arrays.  The patch exposes
the banked array as another resource that is checked by SLICC before a
transition is allowed to execute.  This is similar to how TBE entries and slots
in output ports are modeled.

ruby: tag and data cache access support

Updates to Ruby to support statistics counting of cache accesses.  This feature
serves multiple purposes beyond simple stats collection.  It provides the
foundation for ruby to model the cache tag and data arrays as physical
resources, as well as provide the necessary input data for McPAT power
modeling.

ruby: adds reset function to Ruby memory controllers

ruby: memory controllers now inherit from an abstract "MemoryControl" class

cpu: added assertions to ensure the correct proxies are used

ruby: changes how Topologies are created

Instead of just passing a list of controllers to the makeTopology function
in src/mem/ruby/network/topologies/<Topo>.py we pass in a function pointer
which knows how to make the topology, possibly with some extra state set
in the configs/ruby/<protocol>.py file. Thus, we can move all of the files
from network/topologies to configs/topologies. A new class BaseTopology
is added which all topologies in configs/topologies must inheirit from and
follow its API.

--HG--
rename : src/mem/ruby/network/topologies/Crossbar.py => configs/topologies/Crossbar.py
rename : src/mem/ruby/network/topologies/Mesh.py => configs/topologies/Mesh.py
rename : src/mem/ruby/network/topologies/MeshDirCorners.py => configs/topologies/MeshDirCorners.py
rename : src/mem/ruby/network/topologies/Pt2Pt.py => configs/topologies/Pt2Pt.py
rename : src/mem/ruby/network/topologies/Torus.py => configs/topologies/Torus.py

EventManager: Rename queue accessor and remove cast operator

This patch renames the queue() accessor to the less ambigious
eventQueue, and also removes the cast operator. The queue() member
function cause problems in derived classes that declare members with
the same name, e.g. a MemObject subclass that has a packet queue on
its own. The operator is not causing any harm at this point, but as it
is not used there is little point in keeping it.

Mem: Make members relating to range and size constant

This patch makes the address-range related members const. The change
is trivial and merely ensures that they can be called on a const
memory.

Port: Hide the queue implementation in SimpleTimingPort

This patch makes the queue implementation in the SimpleTimingPort
private to avoid confusion with the protected member queue in the
QueuedSlavePort. The SimpleTimingPort provides the queue_impl to the
QueuedSlavePort and it can be accessed via the reference in the base
class. The use of the member name queue is thus no longer overloaded.

Stats: Updates due to bus changes

This patch bumps all the stats to reflect the bus changes, i.e. the
introduction of the state variable, the division into a request and
response layer, and the new default bus width of 8 bytes.

Port: Align port names in C++ and Python

This patch is a first step to align the port names used in the Python
world and the C++ world. Ultimately it serves to make the use of
config.json together with output from the simulation easier, including
post-processing of statistics.

Most notably, the CPU, cache, and bus is addressed in this patch, and
there might be other ports that should be updated accordingly. The
dash name separator has also been replaced with a "." which is what is
used to concatenate the names in python, and a separation is made
between the master and slave port in the bus.

Bus: Make the default bus width 8 bytes instead of 64

This patch changes the default bus width to a more sensible 8 bytes
(64 bits), which is in line with most on-chip buses. Although there
are cases where a wider or narrower bus is useful, the 8 bytes is a
good compromise to serve as the default.

This patch changes essentially all statistics, and will be bundled
with the outstanding changes to the bus.

Bus: Split the bus into separate request/response layers

This patch splits the existing buses into multiple layers. The
non-coherent bus is split into a request and a response layer, and the
coherent bus adds an additional layer for the snoop responses. The
layer is modified to be templatised on the port type, such that the
different layers can have retryLists with either master or slave
ports. This patch also removes the dynamic cast from the retry, as
previously promised when moving the recvRetry from the port base class
to the master/slave port respectively.

Overall, the split bus more closely reflects any modern on-chip bus
and should be at step in the right direction. From this point, it
would be reasonable straight forward to add separate layers (and thus
contention points and arbitration) for each port and thus create a
true crossbar.

The regressions all produce the correct output, but have varying
degrees of changes to their statistics. A separate patch will be
pushed with the updates to the reference statistics.

Bus: Add a notion of layers to the buses

This patch moves all flow control, arbitration and state information
into a bus layer. The layer is thus responsible for all the state
transitions, and for keeping hold of the retry list. Consequently the
layer is also responsible for the draining.

With this change, the non-coherent and coherent bus are given a single
layer to avoid changing any temporal behaviour, but the patch opens up
for adding more layers.

Bus: Replace tickNextIdle and inRetry with a state variable

This patch adds a state enum and member variable in the bus, tracking
the bus state, thus eliminating the need for tickNextIdle and inRetry,
and fixing an issue that allowed the bus to be occupied by multiple
packets at once (hopefully it also makes it easier to understand the
code).

The bus, in its current form, uses tickNextIdle and inRetry to keep
track of the state of the bus. However, it only updates tickNextIdle
_after_ forwarding a packet using sendTiming, and the result is that
the bus is still seen as idle, and a module that receives the packet
and starts transmitting new packets in zero time will still see the
bus as idle (and this is done by a number of DMA devices). The issue
can also be seen in isOccupied where the bus calls reschedule on an
event instead of schedule.

This patch addresses the problem by marking the bus as _not_ idle
already by the time we conclude that the bus is not occupied and we
will deal with the packet.

As a result of not allowing multiple packets to occupy the bus, some
regressions have slight changes in their statistics. A separate patch
updates these accordingly.

Further ahead, a follow-on patch will introduce a separate state
variable for request/responses/snoop responses, and thus implement a
split request/response bus with separate flow control for the
different message types (even further ahead it will introduce a
multi-layer bus).

Port: Make getAddrRanges const

This patch makes getAddrRanges const throughout the code base. There
is no reason why it should not be, and making it const prevents adding
any unintentional side-effects.

Port: Add getAddrRanges to master port (asking slave port)

This patch adds getAddrRanges to the master port, and thus avoids
going through getSlavePort to be able to ask the slave. Similar to the
previous patch that added isSnooping to the SlavePort, this patch aims
to introduce an additional level of hierarchy in the ports (base port
being protocol-agnostic) and getSlave/MasterPort will return port
pointers to these base classes.

The function is named getAddrRanges also on the master port, but does
nothing besides asking the connected slave port. The slave port, as
before, has to provide an implementation and actually produce a list
of address ranges. The initial design used the name getSlaveAddrRanges
for the new function, but the more verbose name was later changed.

Port: Add isSnooping to slave port (asking master port)

This patch adds isSnooping to the slave port, and thus avoids going
through getMasterPort to be able to ask the master. Over the course of
the next few patches, all getMasterPort/getSlavePort in Port and
MemObject are to be protocol agnostic, and the snooping is part of the
protocol layer.

The function is already present on the master port, where it is
implemented by the module itself, e.g. a cache. On the slave side, it
is merely asking the connected master port. The same name is used by
both functions despite their difference in behaviour. The initial
design used isMasterSnooping on the slave port side, but the more
verbose function name was later changed.

Port: Move retry from port base class to Master/SlavePort

This patch is the last part of moving all protocol-related
functionality out of the Port base class. All the send/recv functions
are already moved, and the retry (which still governs all the timing
transport functions) is the only part that remained in the base class.

The only point where this currently causes a bit of inconvenience is
in the bus where the retry list is global and holds Port pointers (not
Master/SlavePort). This is about to change with the split into a
request/response bus and will soon be removed anyway.

The patch has no impact on any regressions.

Fix: Address a few benign memory leaks

This patch is the result of static analysis identifying a number of
memory leaks. The leaks are all benign as they are a result of not
deallocating memory in the desctructor. The fix still has value as it
removes false positives in the static analysis.

gcc: Fix warnings for gcc 4.7 and clang 3.1

This patch fixes two warnings, one related to a narrowing conversion
(int to MachInst), and one due to the cast operator for arguments and
a mismatch in const-ness (const void* and void*).

Cache: Fix the LRU policy for classic memory hierarchy

The LRU policy always evicted the least recently touched way, even if it
contained valid data and another way was invalid, as can happen if a block has
been invalidated by coherance.  This can result in caches never warming up even
though they are replacing blocks.  This modifies the LRU policy to move blocks
to LRU position on invalidation.

Bus: enable non/coherent buses sub-classes
This patch merely changes several methods to be virtual in order to enable
non/coherent buses sub-classes.

Mem: fix master id assertion in cache_impl.hh
The assertion was applied to the wrong packet.
This patch fixes the issue rerported by Xiang Jiang on the gem5-dev mailing list.

Style: Make style.py's invalid warning print which file caused the infraction.

Mem: Fix a livelock resulting in  LLSC/locked memory access implementation.

Currently when multiple CPUs perform a load-linked/store-conditional sequence,
the loads all create a list of reservations which is then scanned when the
stores occur.  A reservation matching the context and address of the store is
sought, BUT all reservations matching the address are also erased at this point.

The upshot is that a store-conditional will remove all reservations even if the
store itself does not succeed.  A livelock was observed using 7-8 CPUs where a
thread would erase the reservations of other threads, not succeed, loop and put
its own reservation in again only to have it blown by another thread that
unsuccessfully now tries to store-conditional -- no forward progress was made,
hanging the system.

The correct way to do this is to only blow a reservation when a store
(conditional or not) actually /occurs/ to its address.  One thread always wins
(the one that does the store-conditional first).

Stats: Update stats for RAS and LRU fixes.

O3: Track if the RAS has been pushed or not to pop the RAS if neccessary.

Add new flag (named pushedRAS) in the PredictorHistory structure.
This flag tracks whether the RAS has been pushed or not during a prediction.
Then, in the squash function it is used to pop the RAS if necessary.

ARM: Fix identification of one RAS pop instruction.

The check should be with the op2 field, not with the op1 field.

Cache: Only invalidate a line in the cache when an uncacheable write is seen.

ARM: Update version of linux we claim to be to 3.0.0.

Static binaries generated with new versions of libc complain that the kernel
is too old otherwise.

ARM: Fix issue with predicted next pc being wrong because of advance() ordering.

npc in PCState for ARM was being calculated before the current flags were
updated with the next flags. This causes an issue as the npc is incremented by
two or four depending on the current flags (thumb or not) and was leading to
branches that were predicted correctly being identified as mispredicted.

ARM: Fix address range issue with VExpress EMM

swig: Use SWIG from environment when determining version

This patch fixes a minor issue in the SConstruct where a hardcoded
swig is used instead of the environment SWIG when determining the
version.

Build: Point to the appropriate tcmalloc package

This patch updates the message printed if the user does not have
tcmalloc available. It turns out that the correct package (which
creates all required symlinks etc) is libgoogle-perftools-dev. This
has been verified on Ubuntu 12.04.

configs: add run scripts for ics/gb versions of android and bbench

1) Modifies Benchmarks.py to add support for Android ICS and BBench on Android ICS.

2) An rcS script is added for BBench on ICS.

3) Separates benchmark entries and rcS scripts for GB/ICS

4) Removes the debugging output from the existing BBench run script. These
   print statements were used for debugging and they seemed to confuse users
   into believing they should see some terminal output.

ARM: implement the ProcessInfo methods

scons: Make compiler version error more verbose and easier to debug.

Regression: Fix some bugs in simple-timing-mp-ruby.py.

Timing CPU: Remove a redundant port pointer

This patch is trivial and merely prunes a pointer that was never set
or used.